автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Исследование заиления малых водохранилищ и разработка мероприятий по сохранению их регулирующих емкостей

РГ6 од

ТАШКЕНТСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ИРРИГАЦИИ к МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ЭДИШСХ)

На прр.Евх рукописи

КАМАРА усман

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАИЛЕНИЯ МАЛЫХ ВОДОХРАЖЛИЩ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОХРАНЕНИЮ РЕГУЛИРУЮЩИХ ЕМКОСТЕЙ (ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ГВИНЕЙСКОЙ РЕСПУБЛИКИ)

Зпециплыюсть: 05.23.07 - Гидротехническое к мелиоративное

строительство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технически: нчук

Ташкент 1993

Работа выполнена на кафедре "Гидротехнические сооружения" Ташкентского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров' ирригации и механизации сельского хозяйства (ТЛШШСХ)

Научные руководители: член-корреспондент АСХН РУ и РОСХШЛ доктор технических не"к, профессор

А.Ы.ЫУХАЭДОВ; доктор технических наук, старший научный сотрудник Х.А.Ш1АГШО

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор

К.Ш.ЛЛТ1ЩОБ; кандидат щолипаоких наук

Ведущая организация: УЗПШРОООДЮЗ

Зацита диссертации состоится 0'£ » С^Х в ^^ часоа на заседании Специализированного соьета Д IiiO.Ct3.2I Р,0 прнсуждени' ученой степени кандидата технических наук при Ташкентском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства (ШШОХ).

Адрес: 700000, г.Ташкент, ГСЯ1, улица Кари-Шязоьц, 39-

тшшех.

С диссертацией мелено ознакомиться ь оио'лиотеке^института. Автореферат'разослав» 1993 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор технических наук,

ирофесоор Ц.Р/ШШШ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Коренные социально-экономические преобразования, происходя-,цие в Гвинейской Республике, отмечающей в 1992 году 34-ю годовщину провозглашения независимости, отрадст,": реыи-мость гвинейского народа полностью покончить с тяжелым наследием котош'оагдеи и следовать по пути ускоренного развития всех отрас-леГ народного хозяйства.

Для подъема национальной экономики особое внимание уделяется развитию и интенсификации сельского хозяйства, освоению новых земель, развитию животноводства, что требует строительства большого количества гидротехнических и мелиоративных сооружений. Важность научно-технического решения этих задач в первую очередь эа-влсит ог наличия водных ресурсов и правильного их использования для орошения и гидроэнергетики.

К сложным проблемам водохозяйственного строительства в Гвинейской Республике следует отнести пропуск паводков, борьбу с интенсивным заилением водохранилищ и другие. Большинство существующих водохранилищ страны почти полностью э-плены, некоторые из них занесены. Строительство проектируемых водохранилищ осложнено сложными русловыми процессами, происходящими в реках, где намечается соддание этих водохранилищ. Как показывает опыт проектирования и пксплуатаиии водохрэнилищных гидроузлов при составлений прогностических расчетов процесса заиления необходимо более полно учитывать природные особенности района и расположение еодогранй-лищного гидроузла, разработать мероприятия по борьбе с заилением.

Цель работы. На основе анализа природно-географических условий, водного режима рек, состояния существующих водохранилищ, литературных источников, посвященных вопросам заиления и борьбы с ним, а также лабораторного изучения факторов, влияющих на процесс аккумуляции тгердого стока реки в верхнем бьефе водохранилищного гидроузла, дать рекомендации по расчету заиления водохранилищ и предложить мероприятия по максимальному ослаблению птого негативного процесса в условиях ГвикоПскоП Республики.

Цеюдикя исслодогания. Основные результаты получен' по денным гжепернментальннх исследования, проведенных на гидравлическом лотке размерили 40 х 0,5 х 0,Ь м и большой пространственнай модзли

водохранилища. Б экспериментах иеилльэошк' современные л^и^о^ы. Обработка экспериментальных данный и v.un расчеты проьедены n-t iiKi '"Г^-ЮЗЬ" 6 использованис-к методов »тематической стахисч-ичн.

Н*уичяя ноеигул. В Kft40CTUö koiü.:-; научных достижений /т:.ип шпвать следующие/ результаты:

- получены русловый заы«с;и.'аг'»м д;ял рассматрньаеь.л о регион«, учитывающие характеристики бчрлсь, дожа рек и значении коэд.^идаекта крепости пород;

- окспёриментолйно изучено рлспх-дсление мутности потока tu глубине и длине подпорного бьефа, ^орн.фоишшо наносных отлокений в вёрхиш бьефе плотины в зависимости от гидравлических параметров потока, уровня воды и продольного уклон* верхнего бьефа водо-хранилищного гидроузла;

- предложены зависимости для определения изменения мутности потока по длине подпорного бьефа для аодохранилица с постоянной шириной и прямым уклоном дна и для водохранилища с расширяющейся Б плане чашей при прямом уклоне дна, с помощью которых определяются мощности и объемы наносных отложений;

- предложены мероприятия по борьбе с интенсивным заилением Водохранилищ ^т ливнешлх паводков, даны зависимости для определений количества наносов, со'расиваомшс в никний бьеф в период прохождения паводков через водохранилище.

Практичоская iichi¡ость. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и реконструкции водохралили^ных гидроузлов, эксплуатируемы* на реках, несущих большое количество наносов; Разработанные рекомендации позволяют прогнозировать процесс заилоклп к сбрасывать в нижний бьеф водохранилищного гидроузла значительную часть твердого стока реки в период прохоэденик паводковых потоков. Применении предлагаемых мероприятии но борьбе с наносами существенно ослабит процесс заиления и обеспечит уио-. личекие срока службы водохрвлилмщиих гидроузлов Республики Гвинеи. Рекомендации могут быть использованы в аналогичных условиях.

Реализации результатов исследований. Результаты Гидравлических расчетов и экспериментальных исследований/были истльзоианы При составлении ответов научно-исследовательских работ, посвященных изучени-о процесса заиления н разработки рекомендации для Чар-

такского водохранилища (Республика Узбекистан).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложе!; ни ежегодных научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского состава таИИМСХ (г.Ташкент, 1987...1992 г.г.), на научных семинарах отдела русел Н10 САНИИШ (г.Ташкент, 1987... 1992 г.г.).

Публикации. Часть результатов исследований изложены в одной печатной работе.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 126 наименований и приложений. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, в гом числе 2 фотографий и 10 таблиц.

Автор настоящей диссертационной работы считает своим долгом выразить глубокую благодарность доктору технических наук, профессору А.М.Мухамедову, заведующему отдела русел НПО САНИШ1 доктору технических наук X.А.Исмагилову и всему коллективу кафедры "Гидротехнические сооружения" ТИйИМСХ и отдела русел ШО СА1ШРИ за ценные советы и консультации, без которых настоящая работа была бы невозможна.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой глаче работы описываются географическое положение', природные рйоны, климат, гидрографические особенности территории Гвинейской Республики, а также анализируются водный режим рек, русло гше процессы и состоите существующих водсхрьнилищных гидроузлов страны.

Республика Гвинея расположена на западном побережье африканского континента и более других выдвинута в Атлантический океан. На территории страны пс комплексным физико-географическим признакам лдделяются четыре крупных природных района:

1. Прибрежная низменность (Нчжняя Гвинея);

2. Прибрежная низина (Массив Ьута-Джалкон или Средняя Гвинея);

3. Береговая равнина (Верхняя Гвинея).

4« Лесная Гвинея.

Рельеф, климатические и шчвенные условия особенно благоприятны для развития интенсивного земледелия. Территория Гвинейской Республики полностью расположена в тропическом поясе. В-стране преобладает климат экваториально-муесоного типа. Дождливый и менее жаркий период длится на юге до.7, а на севере до 5 месяцев. Сухой, но более жаркий период в среднем составлявj почти 6 месяцев. Основный доеди приходятся на июнь-октябрь, Значительная часть дождей выпадает в виде сильных ливнеП. й западной части . страны в среднем насчитывается 25-3'J дней и году, когда уровень осадков превышает ЬО мм и день, достигая иногда почти ICO vu. Ливни вызываю!1 бурные паводки в реках, нанося!' ущерб полям и население. Большинство рек ГшшеГ.окои Республики берут начало на буго.-Джаклснс, который называют "отцом рек западной Африки", Гидрологический режим рек характеризуется отчетливо выраженными половодьями. Например, подъем уровня воды р.Нигер в I9títi г. начался а апреле, интенсивность подъема составила 2,3-Ь,4 см/сут, с уве личением расходов воды до &JU m'Vc за сутки. Спад уровней води происходил со скоростью 6-12 см/сут, при уменьшении расходоБ дс 400 м3/с за сутки. Уклон водно;; поверхности составил 0,01-0,1-' Скорости потока изменялись от 0,tí до 3,0 м/с.

Зоны водосбора рек и их притоков сложены лессовидными и.песчаными грунтуй, которые легко поддаются размыву. К сожалений', мутности потоков рек Гвинейской Республики до сих пор детально но иауиеии. По данным гидрологических постов (г/п ^ярана-^уруен, v/n Си гири, и другие), мутности потока г> период прохождения Доводкой превышает 100 г/л. Основную массу твердого стока сос "-'^яют взвешенные наносы диаметром меньше U,I мм.

Большое значили« для развитии орошения и строительства гидротехнических сооружении имеет рпзрпоотка русловых зависимостей, сьязывамцих формы и размеры речных русел с основными факторами. Анализ натурных дшшых з« период I9nI-I96I г.г. iio;jboj:4J| построить график силзи И « / { ¿i ) длн некоторых рек бассейна tepxtiero (¡игера и полу mm зависимость а виде '

а)

где /V и X - соответственно кооффициент пропорциональности л показатель степени; Н - средняя глубина потока в русле, м; ¿1 - расход воды, м3/с.

Их значения приведены в таблице I.

Значения параметров К и X

Таблица I

Река ! М ! X

Нигер 0,12 0,57

Тинкиссо О.ССю 0,7',

Мило 0,64 0,64 1

На основании графика связи Н ■= / ( ) получим формулу

(2)

где

коэффициент крепости, зависящий от характеристики берега и ложа реки. Решая совместно формулы (I) и (2), с учетом данных табл.1

получаем

И « о,тз н ш о,1з -а

(3)

(4)

(5)

дли р.Нигер для р.Мило

-V =0,13 'г? для р.Тинкиссо

С помощью приведенных формул можно построить гидрографы паводковых потоко:«.

Решение проблем обеспечения водой народного хозяйства и защити предгорных районов в Гвинейской Республике возможно только за счет Регулирования паводкового стока рек водохранилищами. В настоящее время наиболее сложными проблемами водохозяйственного строительства в стране явл.лтся пропуск паводков и борьба с интенсивным заилением водохранилищ. В условиях Гвинейской Республики можно успешно использовать опыт строительства водохранилищ в предгорных районах в республике Узбекистан, если одновременно осуществить некоторые подготовительные работы по нпевздению лесов на склонах зоны водосбора и предусмотреть мероприятия по ослаблению процессов эяи-

ления-занесения. В Гвинейской Республике борьба с заилением водохранилищ не проводится по эксплуатационным данным, водохранилтц-ный гидроузел "Банея" в настоящее время заилен более чем на 40 с/>, а водохранилище "Хинкиссо" на 2 % от общего объема водохранилища. Процесс заиления г еже значителен в водохранилищах "Капе" и ; "Гравд-шют". Анализ состояния существующих водохранилищ страны показывает, что для решения проблемы борьбы с заилением необходк • мо детальное изучение руслообразовательных процессов и методов их регулирования. Для разработки методов расчета заиления-занесения водохранилищ необходимы теоретические и лабораторные исследования, по изучению гидравлики потока в условиях наполнения и опо-" роьнения~,"'а также связанных с ними процессов осамдения и транспорта наносов. В целях удлинения срока службы водохранилищных гидроузлов необходимо разработа' "> рекомендации по максимальному ослаблению процессов заиления-занесения их верхних бьефов.

Рэ второй главе работы рассматриваются общие вопросы процессов заиления-занесения'подпорных бьефов »их физическая схьма и динамическая структура водохранилищ ■•

Верхние бьефы водохранилищных гидроузлов в зависимости от • , создаваемого подпора бывают низко-, средне-, и высоконапорные. По ;«9рфокоа'рическ1.л признака их можно подразделять на озерные, речные 'и озерно-речные. В свою очередь, каждое водохранилище разделяется на три части: верхняя, средняя и нижняя. Поэтому динамическая структура водохранилищ отличается большей сложностью> чем структура речных потоков. Это обусловлено как своеобразием у.орфо-логии ложа водохранилищ, так и наличием добавочных факторор, воздействующих на медные"массы (последнее относится в основном к водохранилищам, построенным на взвесенесущих водотоках). Все существующие водохранилища заилг.пы взвешенными и занесены крупным« наносами. В водохранилищах, регулирующих паводковые потоки, процессы заиле-ния-зауесения протекают под действием сложных гидравлических явлений, 'которые зависят от расходов воды, насыщенности наносами и других характеристик потока. Резкое увеличение расхода и мутности паводковых потоков оказывает существенное влияние на динамическую Структуру водохранилища и физическую схему процессов эайз:ения-зане-с;:й1н. Наносы, пост"палщие в водохранилище, распределяются в чаше и формируют грунтовый комплекс отложпии. Соста,в и размещение на-

э

носных отлояений в водохранилищах могут быть самыми разнообразными и зависят от величины сработки, режима уровней и степени проточности подпорного бьефа,режима течения и волнения, количества и крупности наносов.

Третья глава посвящена экспериментальному изучению процесса заиления водохранилища при поступлении в него мутного потока с различными параметрами й зависимости от уклона, уровней воды верхнего бьефа и пространственной характеристики чаши водохранилища. В данной главе дается описание экспериментальной установки, модельной площадки, средств измерения, состава опытов и методики их проведения, а также подробно рассматриваются результаты экспериментальных исследований.

Исследования выполнялись в прямоугольном гидравлическом лотке размером 40 х 0,5 х 0,5 м и на пространственной модели водохранилища. Для измерении гидравлических элементов потока в подпорном бьефе лоток был разбит на промерные створы через 0,5-1,0 м. Расход воды измерялся треугольным водосливом. Изменение дна вследствие заиления и оплетки уровня воды в верхнем бьефе устанавливалось с помощью измэрительных игл, которые имели деления через 0,1 мм. Скорости потока определялись путем вычисления с использованием значения расхода воды во входном сечении потока. Для непрерывной подачи наносного материала использовался дозатор, оборудованный нлектродЕИгателем и электрическим регулятором. Пробы на мутность по глубине потока отбирались с помощью сифонной трубки, прикрепленной к измерительной игле. в качестве перегораживающего сооружения использовался щит из оргстекла с отверстиями, которые регулировались плоскими затворами.

Пространственная модель водохранилища Имела следующие' размеры:

длина 20 м;

ширина 1-8 м;

средний уклон дна чаши б «8 0,01;

средняя глубина воды при полном наполнении чаши 0,14 м.

Для детальных измерений через 1,0-2,5 м,'начиная с входного зтвора чаши, были установлены мостики и подставки. Регулирование ,Фовня воды в верхнем бьефе осуществлялось с помощью отверстий,

ю

установленных в теле плотины и оборудованных затворами. Плотина таю.е имела катастрофический водосброс, отметка порога которого совпадала с отметкой НПУ. Измерительные средства, используемые на этой модели, описаны Еьше. Моделирование движения потока с 1 большой концентрацией меяьчайаих частиц наносов, способных изменять фиглческке свойства воды, проводилось по рекомендациям А.!.'.. Мухамедова и Г.Т.Давранэьа. При этом подобие движения натурного и модельного Потоков обеспечивалось за счет частичного уменьшения 'насыщения нанооаш модельного потока.

Всего проведен 4 серии опытов, три зерии в лотке. Спыты первой серии проводились для изучения транспортирующей способности потока при следующих его параметрах: уклон I - 0,006-0,017; средняя глубина 0,9-1,5 см; средняя скорость 0,24-0,ЬЪ к/с; средний диаметр взвешенных клосов 0,018 и.;; ' расход воды 1,11-3,0 л/с; насыщенность потока нэлосами Ь0-107 г/л.

Вторая и третья серии опытов выполнялись с целью изучение распределения мутности потока по глубине, формирования наносных отложений в верхнем бьефе и изменения их крупности по ¿дане/при различных параметрах потока на входе и уклонах дна верхнегс/ бьефа. В процессе опытов также изучалось изменение количества' сбрасываемых в нианий бьеф плотины наносов в зависимости от вышеуказанных факторов. Основные параметры входного потока и верхнего б^ефа плотины: " '

расход воды 0,8-3 л/с; /

мутность 'потока 26-104 г/л; средняя скорость потока на входе 0,23-0,¡32 см/с; / ■ глубина потока на входе 0,83-1,7Ь см; . / ■

продольный уклон верхнего бь.ефа * 0,0062-0,012; уровень воды в верхнем бьефе поддерживался на отметках ШУ, УЫО и мевду ними.

продолжительность опыта Ю-4Ь мин.

В четвертой серии опытов на пространственной иоделк водохранилища изу 1&иись формирование наносных отложений и их распределение по крупности в верхнем бьефе-при поступлении в водохранилище

е ' ■

паводковых расходов. Рассматривались два варианта: в первсь уровень воды в верхнем бьефе водохранилища поддерживался на отметке ШУ, во втором - на более низких отметках (в пределах УМО).

Основные параметры, принятые в опытах: расход воды 4,0-9,0 л/с; мутность потока 30-4& г/л; продолжительность опыта 15-30 мин.

Результаты исследований. Результаты первой серии опытов показали, что транспортирующая способность мутных потоков зави-_лт от многих факторов, в частности от'уклсна и шероховатости дна русла, скорости и глубины потока, гидравлической крупности наносов и физических свойств потока.

При определении транспортирующей способности потока, насыщенного мельчайшими коллоидными наносами необходимо учитывать изменение его плотности и вязкости, которые существенным образом влияют на режим движения потока и транспорт наносов. В наших опытах равенство предельных значений насыщения потока в расчетных створах, при одинакоих параметрах потока обеспечивалось постепенным увеличением насыщения потока наносами на участке между дозаторами и первыми расчетным створом. Во всех опытах измерял .сь все гидравлические элементы и мутность потока в расчетных створах.

На основе анализа существующих формул и данных Е.К.Рабковой, Р.Г.Вафина, Х.А.Исмагилова, Г.Т.Давранова для определена транспортирующей способности паводковых потоков рек Гвинеи нами принята формула А.М.Мухамедова и Х.А.Исмагилова в виде

где 3 - транспортирующая способность ливневых паводков и селевых потоков, кг/м3; V - средняя скорость потока, м/с; 1/«г - гидравлическая крупность частиц с диаметром

0,015 мм в м/с; • Йг- коэффициент, учитывающей увеличение условной вязкости

мутного потока по сравнению с водным потоком; dJt¿ средний диаметр донных отложений, мм. При сопоставлении результатов наших опытных данных с натурными и лабораторными данными указанных авторо.з и результатами расче-

rtic« • ^деление мутностя лотока но мусшне и длане iitunopßoi'u ubOuü на: лоддви^аьлй урэвк? ¿ода пдрвд плотиной иа отметках НШГ, 1\:о v

тов по формуле (о), расхождение мекду ними ..ревьгаало Ib

Бо второй серии опытов качественно изучалась физическая картина распределения мутности потока по глубине и длине подпорного бьефа в зависимости от гидравлических периметров потока, продольного уклона л уроЕенного режима верхнего бьефа. Были рассмотрены три варианта установки отметок уровня воды в верхнем бьефе: на отметке ШУ, на промежуточной между ШУ и УМО, на отметке У1Ю.

Изменение мутности потока по глубине и длине подпорного бьефа непосредственно зависит от величины входной мутности, продольного уклона верхнего бьефа и урсвенного режима водохранилища (рис.1).

Во всех рассмотренных вариантах при поступлении взвесене-су-цего потока в водохранилище происходило интенсивное осаждение наносов из мутного штока в зоне подпора, которое привело к уве-t дичению мутности води в нияелккащих слоях при одновременном уменьшении ее в поверхностных слоях. Визуальные наблюдения во бремя опытов показали, что при уровне.воды.в верхнем бьефе на .отметке УМО поступающий в верхний бьеф мутный поток быстро распространяется в'его подпорной часть (рисЛ в, е). По - мере повышения уровня воды перед плотиной наблюдается резкое уменьшение мутности потока з сторону плотины (рис.1 а, б, г, д). Наиболее интенсивное осаадение наносов происходит в начальной части кривой подпора. Существенное влияние на распределение мутности потока в подпорном бьефе водохранилища оказывает продольный уклон верхнего бьефа (рис.1); при его увеличении средняя мутность потока по сечению возрастает в сторону плотины»

.При поддержании уровня воды на отметке НПУ наибольшая мутность потока наблюдалась в верхних створах подпорного бьефа (рис.1 а, г), что свидетельствовало об интенсивном отложении основной части твердого стока ö зоне полезного обьема водохранилища. Это подтвердилось и 6 третьей серйк опытов, в процессе которых изучалось формирование наносных отложений в верхнем бьефе (рис.2).

Как следует из рис.2, со снижением уровня воды в верхнем бьефе основная масса наносных отложений приближается к плотине. В таких условиях в период прохождения паводка Можно сбрасывать в

нижний бьеф плотины значительную часть твердого стока. При поддержании в верхнем бьефе уровня воды на наивысших отметках происходит уменьшение продольного уклона дна подпорного бьефа. Последовательное поступление паводковых потоков в водохранилище приводит к уменьшению количества наносов, поступающих в мертвый объем водохранилища, и следовательно, к увеличению кривой подпора вверх по течению.

Рис.2. Продольный профиль наносных отложений в верхнем бьефе водохранилища при уровне воды: * - на отм. ЦПУ; 2 - между НПУ и УМО; 3 - на отм. УМО.

В процессе четвертой серии опытов также изучалось формирование наносных отложений и распределение их по крупности на пространственной модели водохранилища. Опыты № I, 2, 3 проводились при постоянном уровне воды перед плотиной на отметке НПУ.

Опыты 4, Ь, 6 проводились при переменном уровне воды в водохранилище. Перед поступлением мутного потока в водохранилище уровень воды поддерживался на отметке УМО. В процессе проведения опытов происходило медленное наполнение чаши. На рис.3 показаны продольные профили образовавшихся в чаше водохранилища наносных отложений. ;

Исследования динамики процесса заиления верхнего бьефа показали, что отложения наносов приводят к подъему дна по всей ширине водохранилища, причем, наиболее интенсивный подъем дна наблю-

дался на участке начального сопряжения подпорного уровня с бытовым. При поддержании уровня воды на отметке НПУ основная часть твердого стока аккумулировалась в зоне полезного объема (рис.3 а). Низкий уровень воды перед плотиной в периоД поступления в водохранилище мутного потока способствовал аккумуляции осноеной массы наносов в зоне мертвого объема чаши.

Крупность наносных отложений в направлении от входного створа к плотине уменьшается. Наиболее крупные фракции наносов отлагались в зоне выклинивания подпора русловоГ; части чшчи. Поперечные сечения наносных отложений для каздого створа и распределение наносов по крупности в чаше водохранилища подробно приведены в тексте диссертации.

.1,М ецч ts.o ь.о 0.0 и/ tunq 1

— — /

ьО«-

1 vA if цмо

^ /

а&осы г л 4 s 6 7 & a

Раса., и го 1 го\ г.о\з.о \г.о\ г.а\г.о\ г.о\

Рис.3. Динамика формирования наносных отлскен!'»й на пространственной модели водохранилища при уровнях водь, в верхнем бьефе: а - на отм. НПУ; о' - на стм. №0; Г, 2, 3, 4, 5, о - .юмора опытов.

В четвертой главе работы дается рекомендация по расчету процесса заиления и пути улучшения'работы водохранилицных гидроузлов в условиях Гвинейской Республики.

Для расчета процесса заиления водохранилищ существует довольно много методов. Некоторые из них являются эмпирическими, лолу-( ченные на основе натурных данных. Это методы, изложенные в работах М.Бруне, Н.И.Дрозда, Х.Кира, Г.Б.Лопатина, Ф.Орта, М.Я.Прыт-кова, Ж.Стивана, Т.Тейлора, Г.И.Шамова.

Методы, предложенные С.Т.Алтуниньм и И.А.Бузуновым, М.А.Ве-ликановым, А.В.Караушевым и В.В.Романовским, И.И.ЛеЕИ, Ы.А.Мост-ковым, Ф.Ш.Мухамедаановым и другими и основаны на интегрировании дифференциальных уравнений баланса наносов и русловых деформаций. Применяются также методы основанные на закономерностях осаждения наносов, устанавливаемых теоретически с использованием современной теории движения двухфазных сред ипоследних результатов экспериментальных исследований. Это методы В.С.Лапшенкова, К.Ш.Латипо-ва, К.К.Отверченко, В.Г.Саноана, В.А.Скрылькикова, Х.Ш.Шапиро, И.А.Шнеера и др.

Перечисленные методы расчета заиления в основном разработаны применительно к конкретным условиям, что ограничивает их применение широко, поэтом;,' для разработки рекомендаций по расчету заиления необходимо учитывать природные условия и другие факторы рассматриваемого региона.

Для борьбы с заилением верхних бьефов гидроузлов используются противоэрозионные (агротехнические, лесомелиоративные и другие) мероприятия, проводимые на площадке водосбора реки и направленные на уменьшение поступления твердого, стока в водотоки. Наиболее распространенный способ борьбы с наносами - гидравлический промыв нрносных отложений из верхних бьефов.

Вопросами гидравлического промыва занимались И.И.Леви, A.M. Ыухпмедов, Ф.&.Мухаиеджанов, И.В.Румянцев,.Р.К.Кромер, а.Г.Хачат-г.«н, Х.Ш.йапиро и другие. Для удаления наносных отложений предложены конструктивные мероприятия и различные устройства (работы ; Г.Т.Даеряяэвр., В.И.Кутавая, В.Т.Мачарэдзе, В.А.Скрыльникова, Я.Н. £лгксера и другие). Существующие мероприятия, способы и устро/ст-гп по борьбе с заилением имеют высокую стоимость и зависят от многие факторов, связанных с рчомерот/ местности, гидрологическим ре-

жимом рек, режимом эксплуатации сооружения, поэтому необходимо комплекс мероприятий подбирать для каждого объекта отдельно в соответствии с техническими условиями работы гидроузла и финансовыми возможностями организации.

Проанализировав существующие методы расчета процессов, связанных с заилением, мы остановились на методе, основанном на уравнении баланса наносов по длине, успешно примененным ранее для условий селехранилищ X.А.Исмагиловкм. В этом методе учитываются гидравлические параметры паводкового потока, подпорного бьефа и фракционный состав наносов. Однако в отличие от селехранилищ- в чаше водохранилища в период прохождет.л паводков .имеется определенная подпорная зона, которая существенным образом влияет на процесс распределения мутности потока по длине. Результаты лабораторных исследований показали, что изменение мутности потока в верхнем бьефе характеризуется резким уменьшением насыщения потока в сторону плотины, формирование наносных отложений также существенно отличается от с-елехранилища. С учетом сказанного формула Х.А.Исмагилова была приведена к следующему Еиду:

для водохранилища с постоянной шириной и прямым уклоном дна:

• для водохранилища с расширяющейся в плане чашей и прямым уклоном дна:

(7)

(8)

где - мутность потока на расстоянии X от входа, кг/м3;

3„ - мутность потока на входе, кг/ц3; '

и/0 - гидравлическая крупность частиц, м/с;

^ - средняя скорость потока на входном створе, м/с;

I - продольный, уклон дна верхнего бьефа;

Мо - средняя глубина потока на входе, м;

\ - расстояние от входа до расчетного створа, м;

- длина подпорного бьефа, м;

В - ширина чаши на расстоянии X , м;

Я - площадь зеркала воды, м*\

Учитывая, что в водохранилище, начиная с Берхних створов, в сторону плотины происходит значительное осветление потока в нап-с равлении плотины, в формулах (6) и (?) коэффициент стесненного прения частиц во внимание не принимается. В работах В.И.Тевзад-зе и Г.Т.Давронова также отмечаемся, что при насыщенности потока наносами до 50-100 г/л физические свойства потока не оказывают существенного влияния на процесс падения частиц.

На рис.4 показаны значения изменения мутности потока по длине водохранилища (при поддержании уровня воды на разных отметках) из!^ениые и рассчитанные по предложенным формулам.

Рис.4. Изменение мутности потока по длине водохранилища в зависимости от уровня воды перед плотиной: I - при ЦПУ; П - при уровне промежуточной между НПУ и УыО; Ш - при №0; 4 - расчетные значения; 5 - опытные значения.

Зная изменением мутности потока по длине водохранилища, можно определить среднюю толщину наносных отлояениП между расчетными строряш по формуле

сГ- ЯМ'-Ы. г , ■ . ;

Г (9)

где <Г - средняя толщина наносных отложений, см;

¿2 - расход, !>:3/с;

7 - время, в течение которого п водохранилище поступал-расходы <2 , с;

Р - площадь зеркала воды в чаше ¡зздохренизвда мезду рзс-•четными створш:;!, .

Для получения криволинейного профиля наносных отлолений как ато наблюдается в опытах) в расчетах расстояние маду сгвс-ами необходимо принять шнимальшсм. На рис.о показаны результа-J расчетов и опытов по определении изменения толщины наносных сложений по длине водохранилища.

Рис.Ь. Продольный пр.филь наносных отложенил в верхнем оьефе водохранилища: I - расчетные значения; 2 - ошмннз значения.

Анализ сопоставления расчетных п опытных значена:! показал,

> наибольшее расхождение наблюдается в верхних стзорчх. Это

>ясняется тем, что в опытах вместе со взвешенныш наносами ис-

й>

1ьзовалиоь и данные (крупны?1 песок'), отложение которых в верх: створах приводит ,к интенсивному подъема' дна.

Объем наносных отложений ыезду расчетными створами определ,'.-я по формуле

• V.- -«Г.А' , (10)

\fiZi - объем наносных отложений, и3. Оощий ооъем заш.ення цо.шо получить, еумдыруя объемы отдепь-участнов по длине верхнего Зьефа водохранилища

Процессы наполнения и опорожнения водохранилищ относятся к числу основных факторов, существенно влияющих на процесс заиления.

Наполнение большинства водохранилищ происходит в дождливый сезон. Одним из эффективных способов сохранения емкости водохранилища незаиленной является регулирование его уровеннаго режима с целью пропуска возможно большего количества наносов в период паводков при низких уровнях воды. Качество и эффективность такого способа зависит от достоверности гидропрогнозов, поэтому для существенного ослабления процесса заиления водохранилищ Гвинейской Республики нами подобран комплекс мероприятий для регулирования уровенных реяимов водохранилищ в зависимости от гидрологических условий рек и эксплуатационных режимов гидроузлов. ■ Эффективность предлагаемых мероприятий проверена экспериментальным путем, в результате разработаны рекомендации по расчету объема сброса твердого стока в нижний бьеф плотины.

Обработка результатов второй и третьей серии опытов по определению мутности сбросного потока по времени позволила представить характер изменения насыщения сбросного потока в следующем виде:

¿^/м -/г*/ту, (ш

где - мутность потока в Нижнем бьефе; <&» - средняя

мутность потока на входном створе водохранилища; 7* - продолжительность гидрографа паводка; ( - интервал времени.

Оптимальный вариант поддержания уровня воды в верхнем бьефе водохранилища в период паводков необходимо установить исходя из надежных гидрологических данных. При высоких отметках уровня воды перед плотиной эффективность сброса наносов в нижний бьеф значительно ниже. Статическая обработка результатов экспериментов позволила аппроксимировать связь (12) следующей зависимостью:

(при коэффициенте корреляции 2: = 0,70),

гдэ - - продольный уклон верхнего .бьефа; - число И»руда; максима;» шщ глубина подпорного бьефа при отметке ШУ, и;

/

Ну ~ заданная глубина подпорного бьефа, м.

Сопоставление результатов ¡.дсчета по формуле (13) с опиши ми данными показано на рис.6. В камдом опыте изменилась величина мутности поток» чн входе.

Рие.ъ. Диипшкя изменения мутности сбросного потока:

I - расчетные значения; 2 - измеренные значенчг.; 3 - опыт I? 3; 4 - опыт )?' 4; Ь - опыт !? Ь.

Объем сбрасываемых наносов в нижпчй бьеф плотины за время прохождения одного паводка через водохранилище можно определич'ь

(и)

где ~ средняя мутность потока, сбрасываемого в нижний

„ бьеф, кг/м3;

- расход сбрасываемого потока, ма/с;

- объемный вес наносов, кг/м3}

- объем сбрасываемых в нижний бьеф наносов, м3;

¿¡^ определяется по известным формулам гидравлики ь зависимости от величины напора и размеров отверстий.

Среднюю мугность.сбрасываемого Потока проще определить, построив график связи /« / С/^'А

но формуле

А™, ' ¿1Аы, • I

С

Иа рис.? показан.график изменения объема сбрасываемых в нижний бьеф плотины наносов в зависимости от уровня воды в верхнем бьефе.

0,1 б,ч о,

Рис.7. График изменения'объема сбрасываемых в нижний ■ бьеф плотины наносов: I - расчетные значения;

2 - измеренные значения.

Таким образом, регулир1вание уровенного режима верхних бье-сяб иодохранилкнИых гидроузлов в период паводков позволяет сбрасывать в нижний бьеф плотины часть твердого стока реки.

Эффективность предлагаемых мероприятий по борьбе с заилением зависит, прежде всего, от глубины, длины и уклона подпорного бьефа. На величину снижения нормального подпорного уровня оказывают влияние многие факторы. Установлено, что гидрологические условия реки и режим работы гидроузлов на водохранилищах Гвинейской Республики (особенно на водохранилищах ирригационного назначения) позволяют снизить уровень воды в период паводков от 30 до 50 При этом, по нашим расчетам, объем сбрасываемых в нижний бьеф наносов составляет 20-40 % от общего объема наносов, поступающего в чашу водохранилища с паводковым потоком.

с

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ И ЗД1Ш)ЧЙМЯ

Анализ проведенных натурных и экспериментальных исследований, а также рассмотренных литературных источников позволяет слслать следующие выгоды:

1. Реки Гвинейской Республики характ-¡рисуются неравноь^рц.. распределением стока внутри года и транспортом огромного количества наносов в период прохождения паводкоьых расходов. Это и ловлено природными особенностями страны. Результаты сга'ыети1.'

ской обработки гидрологических г.анньк по рент Гвинеи ivsjwm.......

получить русловые зависимости, характеризующие связь .¡и'.уиш средней глубины русла с расходом воды в реке, параметр:«.™ гь .. тов лака (2...5). По птим зависимостям мошю произьодитл г лические расчеты русла при проектировании во;лхозя?.с?ДО№и:: объектов на роках Гвинеи.

2. Экспериментально изучено движение ^ь.сенесуцих Rj..-:: ... ча реках, подобных рекам Гвинеи. Ниделпцювание шток"в прс:»лл>«: •¡ось по методу профессора А.И.Мухамедога и Г.Т.Дзьредока.

Получены данные по транспортирующей способности иотскч, г-.--менению мутности по глубине и длине потока.

Данные по транспортирующей способности потока сопостпьли.,/ с результатами расчета по формуле (б) и Данными других -/.ссзд r i :. телей.

На основе яшли.ш этих сопоставлений для тподкошч лотолоп рек Гьинеи рекомендуется использовать формулу \6), уч&тиглхфя размеры ншюсов и параметры потока и русла.

3. Формирование наносных отложений и распределение лх по крупности в чипе иодохрлмшшща зависит от многих факторов, среди которых следует »цделить уроненный регаш водохранилища. Со снижением уровня поды перед плотиной против НПУ наблюдается перодвидение наносных отложений в сторону плотины. Кроме того, формирование наносных отложений в верхнем бьефе зависит от параметров вчвесенесущего потока и продольного уклона дна подпорного бьефй.

4. Процесс ппнлешя водохранилищ представляет собой сложной гидгпплическое явление. Поэтому до сих пор не существует универсального метода расчета этого процесса. На основа уравнении ич-ланса наносов и формул X. А.Йсмашяова нами предложены формулы . (7..U) для определения изменения мутности потока по длине подпорного бьефа для водохранилища с постоянной шириной и для водохранилища с расширявшейся в плане чашей при прямом уклоне дна. Сравнение рс^ультато з расчс'-'п с данными оксперимектяльннх исследований показало, что разница между ними не превышает 20 %. О помощь*; формул (7...II) определяются все характеристики наносных отлогие-

ний в верхнем бьефе водохранилищного гидроузла.

Ь. Борьба с процессом заиления также до сих пор оствется актуальной проблемой, для решения которой универсальный эффективный метод пока не разработан. На основе анализа существующих способов и мероприятий по борьбе с заилением нами для условий водохранилищ Гвинеи предложены мероприятия - регулирование уроненного режима подпорного бьефа в период > рохождения паводков с целью пропуска части твердого стока реки через водохранилище в нижний бьеф гидроузла.

Результаты экспериментальных исследований предложенных мероприятий показали, что существенное влияние на процесс сброса наносов в нижний бьеф) может ока' ^вать положение уровня воды перед плотиной.

По результатам экспериментальных исследований получены зависимости (12...14) для определения мутности потока в нижнем бьефе плотины в период поступления в водохранилище паводковых расходов, насыщенных наносами.

Установлено, что в водохранилищах ирригационного назначения Гвинеи гидрологические условия рек и режим работы гидроузлов позволяют снизить уровень воды перед плотиной на неског'^ко метров. Это обстоятельство дает возможность сбрасывать в нижний бьеф около 50 $ твердого стока.

ПУБЛИКАЦИЯ ПО Г,Ж даоСЕРТАЩЫ :

I. Камара Усман. Руслогше зависимости рек Верхней Гвинеи // Совершенствование проектирования ищротахкячеакше соорукзши! е условиях Сродней Азии . - Тшзкеит: ТНИШОХ, 1ШУ. - С .32-36.

Подписано в печать 2.1У-93 г. Бумага тииаур.-^акл.ч К I -'•опмат бумага G0X84 / 16 Объем I п.л. Тирса 100 Яак. СП Тз'Ц-онт: Г.'ЖСХ. 700000, ул.Клрн-Нилзога, 39